MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dirith Structured version   Unicode version

Theorem dirith 23470
Description: Dirichlet's theorem: there are infinitely many primes in any arithmetic progression coprime to  N. Theorem 9.4.1 of [Shapiro], p. 375. See http://metamath-blog.blogspot.com/2016/05/dirichlets-theorem.html for an informal exposition. This is Metamath 100 proof #48. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
dirith  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Distinct variable groups:    A, p    N, p

Proof of Theorem dirith
StepHypRef Expression
1 simp1 996 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN )
21nnnn0d 10852 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  N  e.  NN0 )
32adantr 465 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  N  e.  NN0 )
4 eqid 2467 . . . . . . 7  |-  (ℤ/n `  N
)  =  (ℤ/n `  N
)
5 eqid 2467 . . . . . . 7  |-  ( Base `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( Base `  (ℤ/n `  N
) )
6 eqid 2467 . . . . . . 7  |-  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  =  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )
74, 5, 6znzrhfo 18381 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) ) )
8 fofn 5797 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) : ZZ -onto-> ( Base `  (ℤ/n `  N
) )  ->  ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ )
93, 7, 83syl 20 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ )
10 prmz 14080 . . . . . 6  |-  ( p  e.  Prime  ->  p  e.  ZZ )
1110adantl 466 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  p  e.  ZZ )
12 fniniseg 6002 . . . . . 6  |-  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) )  Fn  ZZ  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( p  e.  ZZ  /\  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) ) )
1312baibd 907 . . . . 5  |-  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) )  Fn  ZZ  /\  p  e.  ZZ )  ->  ( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
149, 11, 13syl2anc 661 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
) ) )
15 simp2 997 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  A  e.  ZZ )
1615adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  ->  A  e.  ZZ )
174, 6zndvds 18383 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  p  e.  ZZ  /\  A  e.  ZZ )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
183, 11, 16, 17syl3anc 1228 . . . 4  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  p )  =  ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  <->  N  ||  ( p  -  A ) ) )
1914, 18bitrd 253 . . 3  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  /\  p  e.  Prime )  -> 
( p  e.  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  <-> 
N  ||  ( p  -  A ) ) )
2019rabbi2dva 3706 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  =  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) } )
21 eqid 2467 . . 3  |-  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  =  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )
22 simp3 998 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( A  gcd  N )  =  1 )
234, 21, 6znunit 18397 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  A  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
242, 15, 23syl2anc 661 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A )  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) )  <->  ( A  gcd  N )  =  1 ) )
2522, 24mpbird 232 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  (
( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) `  A
)  e.  (Unit `  (ℤ/n `  N ) ) )
26 eqid 2467 . . 3  |-  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N
) ) " {
( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )  =  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } )
274, 6, 1, 21, 25, 26dirith2 23469 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  ( Prime  i^i  ( `' ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) " { ( ( ZRHom `  (ℤ/n `  N ) ) `  A ) } ) )  ~~  NN )
2820, 27eqbrtrrd 4469 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  A  e.  ZZ  /\  ( A  gcd  N )  =  1 )  ->  { p  e.  Prime  |  N  ||  ( p  -  A
) }  ~~  NN )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    /\ w3a 973    = wceq 1379    e. wcel 1767   {crab 2818    i^i cin 3475   {csn 4027   class class class wbr 4447   `'ccnv 4998   "cima 5002    Fn wfn 5583   -onto->wfo 5586   ` cfv 5588  (class class class)co 6284    ~~ cen 7513   1c1 9493    - cmin 9805   NNcn 10536   NN0cn0 10795   ZZcz 10864    || cdivides 13847    gcd cgcd 14003   Primecprime 14076   Basecbs 14490  Unitcui 17089   ZRHomczrh 18332  ℤ/nczn 18335
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-rep 4558  ax-sep 4568  ax-nul 4576  ax-pow 4625  ax-pr 4686  ax-un 6576  ax-inf2 8058  ax-cnex 9548  ax-resscn 9549  ax-1cn 9550  ax-icn 9551  ax-addcl 9552  ax-addrcl 9553  ax-mulcl 9554  ax-mulrcl 9555  ax-mulcom 9556  ax-addass 9557  ax-mulass 9558  ax-distr 9559  ax-i2m1 9560  ax-1ne0 9561  ax-1rid 9562  ax-rnegex 9563  ax-rrecex 9564  ax-cnre 9565  ax-pre-lttri 9566  ax-pre-lttrn 9567  ax-pre-ltadd 9568  ax-pre-mulgt0 9569  ax-pre-sup 9570  ax-addf 9571  ax-mulf 9572
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-fal 1385  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2819  df-rex 2820  df-reu 2821  df-rmo 2822  df-rab 2823  df-v 3115  df-sbc 3332  df-csb 3436  df-dif 3479  df-un 3481  df-in 3483  df-ss 3490  df-pss 3492  df-nul 3786  df-if 3940  df-pw 4012  df-sn 4028  df-pr 4030  df-tp 4032  df-op 4034  df-uni 4246  df-int 4283  df-iun 4327  df-iin 4328  df-disj 4418  df-br 4448  df-opab 4506  df-mpt 4507  df-tr 4541  df-eprel 4791  df-id 4795  df-po 4800  df-so 4801  df-fr 4838  df-se 4839  df-we 4840  df-ord 4881  df-on 4882  df-lim 4883  df-suc 4884  df-xp 5005  df-rel 5006  df-cnv 5007  df-co 5008  df-dm 5009  df-rn 5010  df-res 5011  df-ima 5012  df-iota 5551  df-fun 5590  df-fn 5591  df-f 5592  df-f1 5593  df-fo 5594  df-f1o 5595  df-fv 5596  df-isom 5597  df-riota 6245  df-ov 6287  df-oprab 6288  df-mpt2 6289  df-of 6524  df-rpss 6564  df-om 6685  df-1st 6784  df-2nd 6785  df-supp 6902  df-tpos 6955  df-recs 7042  df-rdg 7076  df-1o 7130  df-2o 7131  df-oadd 7134  df-omul 7135  df-er 7311  df-ec 7313  df-qs 7317  df-map 7422  df-pm 7423  df-ixp 7470  df-en 7517  df-dom 7518  df-sdom 7519  df-fin 7520  df-fsupp 7830  df-fi 7871  df-sup 7901  df-oi 7935  df-card 8320  df-acn 8323  df-cda 8548  df-pnf 9630  df-mnf 9631  df-xr 9632  df-ltxr 9633  df-le 9634  df-sub 9807  df-neg 9808  df-div 10207  df-nn 10537  df-2 10594  df-3 10595  df-4 10596  df-5 10597  df-6 10598  df-7 10599  df-8 10600  df-9 10601  df-10 10602  df-n0 10796  df-z 10865  df-dec 10977  df-uz 11083  df-q 11183  df-rp 11221  df-xneg 11318  df-xadd 11319  df-xmul 11320  df-ioo 11533  df-ioc 11534  df-ico 11535  df-icc 11536  df-fz 11673  df-fzo 11793  df-fl 11897  df-mod 11965  df-seq 12076  df-exp 12135  df-fac 12322  df-bc 12349  df-hash 12374  df-word 12508  df-concat 12510  df-s1 12511  df-shft 12863  df-cj 12895  df-re 12896  df-im 12897  df-sqrt 13031  df-abs 13032  df-limsup 13257  df-clim 13274  df-rlim 13275  df-o1 13276  df-lo1 13277  df-sum 13472  df-ef 13665  df-e 13666  df-sin 13667  df-cos 13668  df-tan 13669  df-pi 13670  df-dvds 13848  df-gcd 14004  df-prm 14077  df-numer 14127  df-denom 14128  df-phi 14155  df-pc 14220  df-struct 14492  df-ndx 14493  df-slot 14494  df-base 14495  df-sets 14496  df-ress 14497  df-plusg 14568  df-mulr 14569  df-starv 14570  df-sca 14571  df-vsca 14572  df-ip 14573  df-tset 14574  df-ple 14575  df-ds 14577  df-unif 14578  df-hom 14579  df-cco 14580  df-rest 14678  df-topn 14679  df-0g 14697  df-gsum 14698  df-topgen 14699  df-pt 14700  df-prds 14703  df-xrs 14757  df-qtop 14762  df-imas 14763  df-divs 14764  df-xps 14765  df-mre 14841  df-mrc 14842  df-acs 14844  df-mnd 15732  df-mhm 15786  df-submnd 15787  df-grp 15867  df-minusg 15868  df-sbg 15869  df-mulg 15870  df-subg 16003  df-nsg 16004  df-eqg 16005  df-ghm 16070  df-gim 16112  df-ga 16133  df-cntz 16160  df-oppg 16186  df-od 16359  df-gex 16360  df-pgp 16361  df-lsm 16462  df-pj1 16463  df-cmn 16606  df-abl 16607  df-cyg 16684  df-dprd 16829  df-dpj 16830  df-mgp 16944  df-ur 16956  df-rng 17002  df-cring 17003  df-oppr 17073  df-dvdsr 17091  df-unit 17092  df-invr 17122  df-dvr 17133  df-rnghom 17165  df-drng 17198  df-subrg 17227  df-lmod 17314  df-lss 17379  df-lsp 17418  df-sra 17618  df-rgmod 17619  df-lidl 17620  df-rsp 17621  df-2idl 17679  df-psmet 18210  df-xmet 18211  df-met 18212  df-bl 18213  df-mopn 18214  df-fbas 18215  df-fg 18216  df-cnfld 18220  df-zring 18285  df-zrh 18336  df-zn 18339  df-top 19194  df-bases 19196  df-topon 19197  df-topsp 19198  df-cld 19314  df-ntr 19315  df-cls 19316  df-nei 19393  df-lp 19431  df-perf 19432  df-cn 19522  df-cnp 19523  df-haus 19610  df-cmp 19681  df-tx 19826  df-hmeo 20019  df-fil 20110  df-fm 20202  df-flim 20203  df-flf 20204  df-xms 20586  df-ms 20587  df-tms 20588  df-cncf 21145  df-0p 21840  df-limc 22033  df-dv 22034  df-ply 22348  df-idp 22349  df-coe 22350  df-dgr 22351  df-quot 22449  df-log 22700  df-cxp 22701  df-em 23078  df-cht 23126  df-vma 23127  df-chp 23128  df-ppi 23129  df-mu 23130  df-dchr 23264
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator